WSZECHŚWIAT
G R U D Z IE Ń 19*
Z alecono do b ib lio te k n au c zy c ie lsk ic h i lic e a ln y c h pism em M in istra O św iaty n r IV/Oc-27 34/47
W ydane z pomocą finansow ą P olskiej A kadem ii Nauk
T R E S C ZESZY TU 12 (2252)
W. I w a n o w s k a . N a k ra ń c a c h W s z e c h ś w i a t a ... 365
J . N a r ę b s k i , O siągnięcia n eu ro b io lo g ii w b a d a n ia c h n a d sn e m . . . . 368
M. K o r b a s , J. B o n d y r a , Z aślaz w łó k n isty — z a p o m n ia n a ro ślin a w ł ó k n o d a j n a ... 372
Z. B o c h e ń s k i , P a m ię ć u p t a k ó w ... 374
R ocznice S to la t b a d a ń n a d g ro n k o w c am i (J. M ię d z o b r o d z k i) ...'. 375
D y m itr M e n d ele jew (1834-1907) (Cz. W r o n k o w s k i ) ... 377
D ro b iazg i p rzy ro d n icz e W ę d ró w k i lem in g ó w — „m odelow ą” psychozą u zw ierząt? (W. K o s t o w s k i ) ... 379
N ow e g a tu n k i N icotiana (M. B a w o l s k a ) ... 380
W szech św iat p rze d 100 l a t y ... 382
R o z m a i t o ś c i ...383
R ecen zje R. F r i t s c h: In d e x to p la n t chrom osom e n u m b e rs — B ry o p h y ta (K. Ję d rz e jk o ) ... 385
D. N. D o b r a c a e v a , B. V. Z a v e r u c h a , L. M. S i p a j ł o v a : V c a rs tv e flo ry (M. Z. S z c z e p k a ) ...386
B. F i l i p o w i c z : C h e m ia i życie (B. P r ę d o t a ) ...386
J . C i h a r , M. K o v a n d a : H o rsk e ro s tlin y (ve fotografii) (P. S z o tk o w s k i) ...387
S p ra w o z d an ia S p ra w o z d a n ie z W alnego Z g ro m ad z en ia P o lskiego T o w a rz y stw a P rz y ro d n ik ó w im. M. K o p e rn ik a (A. F a g a s i ń s k i ) ...387
S p i s p l a n s z
I. R A D IO T E L E S K O P to ru ń s k i o śre d n ic y 15 m . F ot. J. M azu rek
II. A P A R A T U R A O D BIOR CZA ra d io te le sk o p u to ru ń sk ie g o , sk o n stru o w a n a do o b se rw a c ji k w a z a ró w w sy stem ie VLBI. F o t. J. M azu rek
III. K IN G G EO R G E ISLA N D (S z etlan d y P o łudniow e). G óry A rctow skiego — R ea P e a k . F ot. Z. R u b in o w sk i
IV. P T E R O P H Y L U M S C A L A R E . Fot. W. S tro jn y
O k ł a d k a : M Ł O D N IK w zim ow ej szacie. F ot. J. P ło tk o w iak
P I S M O P R Z Y R O D N I C Z E
O R G A N P O L S K I E G O T O W A R Z Y S T W A P R Z Y R O D N I K Ó W I M. K O P E R N I K A
TOM 85 ZESZYT 12
(ROK 103) GRUDZIEŃ 1984 (2252)
Od Redakcji
K o le jn y ro cz n ik „W szechśw iata” zam ykam y n u m e re m pośw ięconym W alnem u Zgromadtzamiu. Zesizyt o tw ie ra ją w y k ła d y protf. pnof. W ilhelm iny Iw a n o w sk iej i J u liu sza Narębskdego, w ygłoszone w części n a u k o w e j Z grom adzenia, a aaimyka sk ró t p ro to k o łu Z gro m ad zen ia oraz w y k az członków u h o norow anych złotym i i sre b rn y m i o dznakam i P T P im . K op ern ik a. R e d ak c ja graitułuje /w szystkim odznaczonym , a.
zw łaszcza ty m , k tó rz y -odznaki lotrzym ali za w ielo letn ią w sp ó łp rac ę iz iniaszylm cza
sopism em : doc. d r W andzie Byczkow skierj-Sm yk i d r W iktorow i J . P ajo ro w i.
R e d a k c ja sk ła d a w y ra z y w spółczucia w szy stk im C zytelnikom w zw ią zk u z n ie r e g u la rn y m i opóźnionym otrzy m y w an iem przez inich ,,W szech św iata”, ale ich n ie p rze p ra sza , gdyż ab so lu tn ie n ie m a w ty m n aszej w iny. N ato m iast sk ła d a ją c w szyst
k im C zytelnikom n ajserd ec zn iejsz e życzenia św iąteczne, żyiczyjmy im i sobie, alby
„W szechśw iat” w ychodził p u n k tu a ln ie i zapew niam y, że dołożym y w szelk ich s ta ra ń , a b y p rz y n a jm n ie j jego poziiiom sta le się podnosił.
Szczęśliw ego N ow ego Roku!
W ILH ELM IN A IW ANOW SKA (Toruń)
NA KRAŃCACH WSZECHŚWIATA *
N ie ulega w ątpliw ości, że astronomia prze
żywa obecnie okres law inow ego rozwoju dzię
ki postępowi nauk fizycznych i technicznych, dzięki uruchomieniu now ych m etod obserwa
cyjnych i now ych technik komputerowych. Te now e badania koncentrują się głównie na dwóch terenach: świata najbliższego — naszego układu planetarnego, badanego głównie za po
mocą pojazdów kosm icznych, i świata dalekie
go — galaktyk i kwazarów, najdalszych zna
nych obiektów wszechświata. W ybrałam jako tem at ten drugi obszar badań dlatego, że jest
* R e fe r a t w y g ło s z o n y n a W a ln y m Z g r o m a d z e n iu P o l
s k ie g o T o w a r z y s t w a P r z y r o d n ik ó w im . K o p e r n ik a w d n iu 10 w r z e ś n ia 1983 r . w T o r u n iu .
mało, może zbyt m ało popularyzowany, a kryje w sobie, jak się okazało, w iele niespodzianek i problemów, które obejmują również tak bli
skie człowiekowi zagadnienia, jak powstanie Słońca i planet, a w ięc również naszej Zdemi.
Od niepam iętnych czasów człowiek oglądał wszechświat w św ietle, tym w ąskim zakresie widma elektrom agnetycznego, który atm osfe
ra Ziemi przepuszcza, a oko ludzkie potrafi od
bierać. Nie dziw w ięc, że niebo, a szerzej — wszechświat utożsam iał się w naszej wyobraź
ni z pozaziemskimi obiektam i świecącym i w łas
nym lub odbitym światłem , bliskimi, jak Słoń
ce i planety, i dalszym i, jak gwiazdy i ich
skupiska — galaktyki. W latach trzydziestych
366
W s z e c h ś w i a t , t. 85, n r 1211984naszego stulecia odkryto obecność ciem nej m a
terii m iędzygwiazdowej, zasłaniającej lub osła
biającej światło dalekich gwiazd.
Również w latach trzydziestych odkryto, że obiekty niebieskie w ysyłają nie tylko św iatło, ale i inne rodzaje prom ieniowania elektrom a
gnetycznego, a że atmosfera ziem ska prócz św iatła przepuszcza również fale radiowe śred
nich długości — od centym etrów do dziesiąt
ków m etrów; m am y w ięc jak gdyby drugie okno do oglądania wszechświata. Karol Jan- sky, pracujący w Stanach Zjednoczonych, był pierw szym , który w y k rył pozaziem skie fale ra
diowe o długości 15 m i stw ierdził, że pocho
dzą one od D rogi M lecznej. Ale, jak to byw a w nauce, odkrycie to, choć było opublikowane, pozostało niezauważone przez kilkanaście lat.
Dopiero po zakończeniu drugiej w o jn y św iato
w ej zaczęto kierować anteny radarowe, które tak w ielk ą rolę odegrały w przebiegu tej w oj
ny, na niebo i todkrywać coraz to now e kos
m iczne źródła fal radiowych. P ow stała i szyb
ko się rozw inęła nowa dziedzina badań w szech
św iata — radioastronomia. Doskonaląc radio
teleskopy przez pow iększanie rozmiarów anten i podnoszenie czułości elektronicznej aparatu
r y odbiorczej, radioastronomia w ysunęła się obecnie na czoło astronom ii obserwacyjnej, po
niew aż „w idzi” najdalej i najdokładniej. Je
żeli w ięc m am y m ówić o tym , co dziś w idzi
m y na krańcach w szechśw iata, większość infor
m acji będziem y czerpać z radioastronomii, nie pom ijając Wszakże osiągnięć innych kierunków badań astronom icznych, czy to naziem nych op
tycznych, w ciąż doskonalonych, czy badań po- zaatm osferycznych, realizow anych z pojazdów kosm icznych. Dokonał się bow iem olbrzym i i szybki postęp zarówno w technice rakieto
wej i astronawigacji, jak też w konstrukcji aparatur badawczych o najw yższej czułości, precyzji i autom atyzacji przeznaczonych do prowadzenia badań kosm icznych w e w szyst
kich zakresach prom ieniowania, od prom ieni gamma i X (rentgenowskich) do najdłuższych fal radiowych. Badania te są prowadzone z Zie
mi, z balonów i sam olotów, z rakiet balistycz
nych, ze sztucznych satelitów Ziemi, stacji m iędzyplanetarnych, a n aw et z powierzchni innych ciał niebieskich. Rolę wiodącą w tych badaniach mają, rzecz prosta, kraje najzam oż
niejsze, chociaż, gdy chodzi o radioastronomię, im ponujący i dla nas zachęcający jest jej roz
wój w kraju tak m ałym jak Holandia.
M ówiąc o krańcach w szechśw iata, nie mam na m yśli jego faktycznych krańców, o ile ta
kie istnieją — pozostaw m y to kosm ologii, mam na m yśli granice obecnych m ożliwości obser
w acyjnych, sięgające 5— 10 m iliardów lat św iatła (skala odległości kosm icznych jest wciąż niepew na o czynnik 2). Zasięg obserwa
cji rozszerzał się stopniow o w miarę doskona
lenia narzędzi i m etod obserwacyjnych, od ob
serw acji gołym okiem , do prowadzonych obec
nie w spólnych w skali globu ziem skiego obser
w acji radioastronom icznych w system ie inter
ferom etrii na bardzo długich bazach (Very Long Base Interferom etry = VLBI). Zauważ
m y jednak, że obserwując daleki obiekt nie
w idzim y go takim, jakim jest dzisiaj, ale ja
kim był w chwili, gdy to promieniowanie, któ
re dziś do nas dociera, było w ysyłane przez ten obiekt. D zieje się tak dlatego, że światło i ogólnie prom ieniowanie elektrom agnetyczne rozchodzi się ze skończoną prędkością około 300 000 km /s i potrzebuje skończonego czasu na przebycie określonej drogi, tym dłuższego im dłuższa jest droga, a w ięc miliardów lat od najdalszych obiektów. Żadne zdjęcie nieba nie daje równoczesnego obrazu całościowego: po
szczególne obiekty ukazują się takimi, jakimi b yły w przeszłości, tym dalszej im dalej się znajdują. Można by to uważać za defekt obra
zu astronomicznego, ale z drugiej strony jest to jego w ielką zaletą: w obrazie nieba ogląda
m y jak gdyby m uzealny zestaw obiektów nie
bieskich, przedstawiających historię jego roz
woju. Są to sprawy powszechnie znane, m ówię o nich dla przypomnienia.
S c h em aty c zn a m a p a ra d io w a k w a z a ra z d w u ra m ie n n ą e je k c ją m a te rii
Cóż w ięc w idzim y obecnie, co „widzą” nasze radioteleskopy w tych najdalszych, miliardo
w ych odległościach? Czy wciąż galaktyki ta
kie jak nasza, lub pobliska galaktyka Andro
medy? — Niezupełnie. Najdalszym i obiektami, jakie dziś obserwujem y, są kwazary. W lune
tach optycznych w yglądają jak gwiazdy, stąd nazw a „Q uasi-Steliar O bject” ( = QSO) — kwazar. Są to obiekty 100 - 1000 razy jaśniej
sze niż całe galaktyki, świecą silnie w promie
niach rentgenow skich, w idzialnych i radio
w ych, są silnie skondensowane i zmienne: nie
które zm ieniają sw oją jasność w ciągu dni, m iesięcy i la t w granicach 10-20%. Poza tym noszą ślady potężnych wybuchów, widocznych zwłaszcza w prom ieniowaniu radiowym: w kla
sycznym przypadku jest to w yrzut m aterii dwuram ienny, jak się m ówi — bipolarny, skie
row any w przybliżeniu w dwóch przeciwnych kierunkach; (ryc. 1). m asy wyrzucone są rzędu m ilionów i dziesiątków m ilionów m as słonecz
nych, a prędkości w yrzutu bywają bliskie pręd
kości św iatła. Czas św iecenia wyrzuconych ra
m ion szacuje się na tysiące do m ilionów l a t —•
są to zjaw iska przejściowe. Przerażające w tych zjaw iskach są olbrzym ie energie w yzw alane przez obiekty centralne, podobne do jąder ga
laktyk, ale znacznie jaśniejsze. Jest to skala produkcji energii przewyższająca w ielokrotnie w ydajność reakcji jądrowych.
K w azary odkryto już na początku lat sześć
dziesiątych, ale m usiało upłynąć dwadzieścia lat badań zanim astronom owie zdecydowali się na przyjęcie kosm icznej skali odległości i ol
brzym iej energii tych obiektów, choć nielicz
n i oponenci do dziś chcą widzieć w kwazarach
bliskie i słabe obiekty, mające z niewiadom ych
W s z e c h ś w ia t, t. 85, n r 1211984
powodów olbrzymie przesunięcia widm ku czerwieni. W bliższych, lepiej poznanych regio
nach wszechświata istnieje w iele tzw. radioga- laktyk, tzn. galaktyk w ysyłających silne pro
m ieniowanie radiowe. One również noszą śla
dy wybuchów, najczęściej dwuramiennych, słabszych i krótszych niż u kwazarów. Jeszcze bliżej, niem al w zasięgu ręki znamy od dawna galaktyki o aktywnych jądrach, m ających w sw ych wiidmach linie em isyjne różnego stopnia wzbudzenia, nieraz bardzo szerokie, co świad
czy o szybkich ruchach zawartego w nich gazu.
Niektóre z tych galaktyk noszą również ślady wyrzutów materii, choć znacznie skromniejsze jeśli chodzi o m asy i energie. Wreszcie w ostat
nich latach, a w ięc dosłownie dziś — dzięki zwiększaniu zdolności rozdzielczej obserwa
cji — w ykryw a się raz po raz ślady dwura
m iennych wyrzutów z poszczególnych gwiazd naszej Galaktyki — bardzo m łodych, albo bar
dzo zaawansowanych ewolucyjnie.
Nasuwa się pytanie, jak wobec tego wygląda jądro naszej Galaktyki? Czy jest ono aktywne czy spokojne? Jest to najm niej zbadany zaką
tek w naszej Galaktyce, ponieważ przesłania go materia m iędzygwiazdowa. Tym niemniej usilnie prowadzone obecnie obserwacje optycz
ne, podczerwone, radiowe
drentgenowskie wskazują na pewną aktywność jądra naw et naszej „normalnej” Galaktyki. Obserwuje się ruchy radialne (ekspandujące) gazu i gwiazd
— nie z prędkością światła co prawda, ale do
chodzącą do 200 km/s. Ostatnio radioastrono
m owie odkryli w centrum G alaktyki małą spi- ralkę gazową, nieregularną, o rozmiarach rzę
du roku świetlnego.
W przedstawionej archeologii wszechświata, obejmującej kwazary, radiogalaktyki, galakty
ki aktywne i normalne, w idzim y ciąg czasowy zjawisk, obejm ujący pew ien rozdział historii wszechświata, a chciałoby się powiedzieć, pe
w ien etap ew olucji wszechświata. Istotnie, sta
tystyka mówi, że kwazary słabną z czasem —i chyba w ięc przechodzą w radiogalaktyki i ga
laktyki aktywne, bo też i liczba ich zmniejsza się w bliskich odległościach. Być może, ciąg ga
laktyk o różnym stopniu aktywności jest dal
szym ciągiem ew olucyjnym . Być może nasza obecnie dość spokojna Galaktyka miała burzli
wą młodość, a może naw et była kiedyś kwa- zarem. Wydaje się to coraz bardziej prawdo
podobne, w miarę jak rośnie z dnia na dzień informacja o najdalszych obserwowanych obiek
tach. Pewnych, potwierdzonych kwazarów zna
my obecnie ponad dwa tysiące.
Tak czy inaczej, astronomia i fizyka stanęły wobec nowych, nieprzewidzianych zjawisk energetycznych obserwowanych w kwazarach, a szczególnie w zachodzących w nich w ybu
chach. Mówi się o niezw ykłych siłowniach (po- werhouses), lub maszynach (engines) w jądrach kwazarów, znacznie przewyższających w ydaj
nością siłownie atomowe. A le i poza wybucha
mi spokojne jądro kwazara prom ieniuje kilka
set razy silniej niż cała przeciętna galaktyka złożona z 1011 gwiazd, a fluktuacje jego jasno
ści w granicach 10% są równoważne zapalaniu
367
lub gaśnięciu 1010 gwiazd! W ydaje się, że zja
w isk tych nie da się zinterpretować w ramach dzisiejszej fizyki łącznie z ogólną i szczególną teorią względności, że potrzebna jest now a fi
zyka, do której drogę może znów utorować astronomia, rozszerzając coraz dalej granice obserwowanego wszechświata. Szczególnie do
niosłe zadania mają w tym w zględzie radio
astronomia i astronomia rentgenowska.
Potrzebne są dalsze obserwacje, ale już te
raz um ysły niecierpliwe podejmują próby in
terpretacji now ych zjawisk. Dużą pupularność wśród nich zdobyła koncepcja „czarnych dziur” — obszarów przestrzeni w ypełnionych materią tak skutecznie ściśniętą siłam i w łas
nej grawitacji, że nie może z nich ujść żadna cząstka materialna, ani żaden foton: prędkość ucieczki z czarnej dziury jest równa prędkości światła. Koncepcja czarnych dziur powstała znacznie wcześniej niż odkryto kwazary; teo
rię jej stworzono, manipulując równaniami teorii względności Einsteina, rozciągając te równania na wypadek skrajny całkowitego ko
lapsu m aterii pozbawionej źródeł energii. W ją
drach kwazarów m iałyby być m asyw ne czarne dziury o masach rzędu 107 - 10® mas Słońca, a krążące Wokół nich stare gwiazdy byłyby roz
rywane i wchłaniane przez czarne dziury. Za
angażowana w takim procesie akrecji energia grawitacyjna byłaby zamieniana na energię ki
netyczną materii i na promieniowanie, przy czym wydajność energii na jednostkę zażywa
nej m asy byłaby dziesięciokrotnie wyższa od wydajności reakcji jądrowych (10% na 1%).
W ybuchy z kwazarów czerpałyby energię z te
go samego źródła — z energii grawitacyjnej i byłyby kierowane wzdłuż osi rotacji czarnej dziury, bliskiej osi m agnetycznej kwazara.
Chociaż koncepcja czarnych dziur ma w ielu zwolenników, nie należy zapominać, że jak do
tąd, jest to koncepcja teoretyczna i nie m am y pewności, czy listnieją w e w szechświecie czar
ne dziury w tej lub innej postaci.
Z innych prób interpretacji obserwowanych zjawisk w ym ienię jedną, która w ydaje m i się godną szczególnej uw agi — obecnie bardziej niż przed trzydziestu laty, gdy w ysunął ją W. A. Ambarcumian, w yb itny astrofizyk or
miański. Uważa on, że zasadniczym kierun
kiem ewolucji gwiazd, galaktyk i całego Ob
serwowanego wszechświata jest ekspansją, a nie kolaps grawitacyjny. Nie w ątpim y obec-.
nie, że wszechświat sdę rozszerza — galaktyki i kwazary uciekają od nas z prędkościami tym większym i im dalej się od nas znajdują: naj
dalsze kwazary lecą z prędkościami bliskim i prędkości światła. Oznacza to, że 10 - 20 m i
liardów lat tem u w ydarzył się w ielk i wybuch wszechświata ze stanu m aksymalnej kompre
sji, który kosmologowie nazyw ali osobliwością.
Przyjm uje się, że był to wybuch błykawiczny i gorący, po którym z trudnością m usiały for
mować się galaktyki z ekspandującej materii
drogą kolapsu grawitacyjnego, podobnie —
gwiazdy w galaktykach. W św ietle dzisiejszych
obserwacji kwazarów, radiogalaktyk, galaktyk
aktywnych i gwiazd, godną uwagi w ydaje się
368
W s z e c h ś w ia t, t. 85, n r 1211984idea, że w yb uch w szechśw iata b ył i jest do dziś procesem stopniow ej, eksplozyw nej frag- m entacji pierw otnej supergęstej m aterii, z któ
rej pow staw ały gromadami kwazary, galakty
ki, gwiazdy, a m oże również planety i ich księ
życe. Która z przedstaw ionych koncepcji lub ich odmian okaże się bliższą rzeczywistości), rozstrzygną dalsze, coraz dalej sięgające i coraz bardziej precyzyjne w osiąganej zdolności roz
dzielczej obserwacje.
Na zakończenie wypada powiedzieć, czy i jak astronomia polska uczestniczy w tych decydu
jących badaniach obserwacyjnych, czy dociera do krańców obserwowanego w szechśw iata, do głów nej linii frontu nauki o form ach i pra
wach m aterii i energii? Miło m i odpowiedzieć, że tak, i to nie tylko drogą krótszych lub dłuż
szych staży zagranicznych, ale też drogą pro
wadzenia w łasnych badań w kraju. W szczegól
ności tu w Toruniu, w U czelni K opernika ob
serw uje się w szechśw iat przez oba okna atmo
sfery ziemskiej: optyczne i radiowe. Istnieje tu
obserwatorium astronomiczne z największym w Polsce, choć skrom nym w skali światowej teleskopem optycznym i powstało w latach pięćdziesiątych obserwatorium radioastronomi
czne, którego ostatnim , wręcz niewiarygodnym osiągnięciem jest w łączenie się do m iędzynaro
dowej sieci interferom etrii na długich bazach (VLBI). K ilkunastoosobowy zespół radioastro
nom ów (katedra), kierow any przez prof. S. Gor- golew skiego, dzięki w ysokim uzdolnieniom i prawdziwem u zaangażowaniu zdołał skon
struow ać niezw ykle skom plikowaną aparaturę odbiorczą generacji Mark 2c do sw ego 15 m e
trowego radioteleskopu, aby obserwować na kilku częstotliwościach najdalsze obiekty, kwa
zary, w spólnie z przodującym ośrodkami św ia
towym i.
P r o f . d r h a b . W ilh e lm in a I w a n o w s k a j a s t e m e r y t o w a n y m p r o fe s o r e m a s t r o f iz y k i U n iw e r s y t e t u M . K o p e r n ik a w T o r u n iu
JU L IU S Z N A R Ę B S K I (Toruń)
OSIĄGNIĘCIA NEUROBIOLOGII W BADANIACH N A D SNEM *
Sen. w y stę p u je w p e łn i -objawów ty lk o u d w u g ro m a d k ręg o w có w o n a jw y ż e j ro z w in ię ty m m ózgu — u p ta k ó w i ssaków . J e s t je d n y m z d w u p o d sta w o w ych sta n ó w czynnościow ych ośrodkow ego u k ła d u n erw o w eg o obok cz u w an ia . S e n i czu w an ie p rz e p la ta ją się w ciąg u ży c ia b ez u sta n n ie. O k re sem te j n a - p rze m ien n o ści je s t doba, n a s tę p stw o d n ia i nocy.
W szystkie g a tu n k i ty c h g ro m a d m ożem y zaliczyć do je d n e j z d w u g ru p : do śp ią cy c h p rze w a żn ie w nocy, a a k ty w n y c h w dzień i o d w ro tn ie — do zw ie rząt o a k ty w n o ś c i n o c n e j. P rz e jrz y s ty m o b razem g ra fic z n y m n a s tę p s tw a sn u i cz u w an ia u lu d z i m oże być ta rc z a z e g a ra dobow ego, n a k tó r e j zaznaczym y go d ziny ś w itu i zm ierzc h u o ra z zaśnięcie i p rz e b u d z e nie. R z u t n a śre d n ic y ta rc z y z e g a ra p u n k tu p o ru sz a ją ce g o się je d n o s ta jn ie p o obw odzie k o ła (zakończe
n ie w sk az ó w k i godzinow ej) je s t g eo m etry cz n y m m o
delem oscylacji, k tó re j m o d elem fizy czn y m j e s t ru c h w a h a d ła . Je ż e li człow iek d ożyje 80 la t, to w sk az ó w k a te g o z e g a ra obróci się p ra w ie 30 000 ra z y , a zsu m o w an y czas sn u w y p ełn i 1/3 życia, czyli p onad 26 la t.
S e n je s t p rz e d e w szy stk im s ta n e m cz ynnościow ym m ózgu d latego, że ro z p o z n a je m y go p o u tr a c ie ś w ia dom ości, z ja w isk u k tó re m ożem y zlokalizow ać w y łączn ie w m ózgu. D ru g o rz ę d n ą cechą snu je s t bez
ru c h w w y g o d n ej, p rz e w a ż n ie leżącej p o zy cji ciała.
S poczynek całej re sz ty c ia ła p o z a m ózgiem n ie ró żn i się w czasie sn u is to tn ie od zw ykłego b e z ru c h u w
* W y k ła d w y g ł o s z o n y n a W a ln y m Z g r o m a d z e n iu P o l s k ie g o T o w a r z y s t w a p r z y r o d n ik ó w im . K o p e r n ik a w T o r u n iu w d n iu 10. I X . 1983 r . p t .: N e u r o f i z j o l o g i c z n y o p i s ś p i ą c e g o m ó z g u .
czasie odpoczynku bez snu. S en je s t w ięc spoczyn
k ie m szczególnym , w k tó ry m ty lk o m ózg
i
u k ła d n e rw o w y z n a jd u ją się przejściow o i p o w tarz aln ie w sw o isty m d la te g o s ta d iu m życia stanie. Z k aż d y m ro k ie m n a u k i neuro h io lo g iczn e coraz dokład n iej o p is u ją sen, w zb o g a ca ją w ied zę o je g o o b ja w a c h
i
d o k u m e n tu ją je co raz p rec y z y jn ie jsz y m i n arz ęd ziam i bad aw czy m i. R o z ra sta się w ięc fenom enologia snu.
N a to m ia s t u o g ó ln ie n ia ty c h fa k tó w szczegółow ych i głębsze sy n te zy te o re ty c z n e są rz a d k ie i m a ją , n ie s te ty , w ciąż jeszcze c h a ra k te r dość dow olnych sp e k u la c ji.
S e n o b e jm u je ra z n a dobę, lu b częściej, n a jb a r d ziej złożony n a rz ą d — mózg. N a w iele godzin p o z b a w ia go m ożności k ie ro w a n ia zachow aniem w łą c z n o śc i in fo rm a c y jn e j z o ta c z a ją c y m św ia tem . W to k u ew o lu cji, w ra z z o g ro m n y m ro zw o je m m ózgu, w ła ś n ie ty lk o n a p rz e m ia n śp ią ce
i
cz u w a ją c e p ta k ii
s s a k i osiągnęły stałocieplność. Je d n o cześn ie p o sia d a ją one w ysoko ro z w in ię tą zdolność u cz en ia się, czyli plasty c zn o ść m ózgu. A le w ła śn ie w e śnie, g d y św iadom ość je s t zniesiona, m ózg n ie m oże p rzy jm o w a ć, p rz e tw a rz a ć i se n so w n ie w y k o rz y sty w ać stru m ie n ia in fo rm a c ji n a p ły w a ją c e j z otoczenia i z w łasnego o rg an iz m u . M oże oo n a jw y ż e j za reag o w ać p rz e b u dzeniem . N a rz u c a się p y ta n ie : dlaczego? W iele w s k a z u je n a to, że m ózg śp ią cy j a w ięc odcięty od sw ych w e jś ć czuciow ych i zm ysłow ych oraz w y jść w y k o n aw c zy c h — z a jm u je się w te d y „sam sobą”
i
w n ie z n a n y m ła ń c u c h u procesów m o le k u la rn y c h o d tw a
rz a zdolność sk u teczn eg o i uw ażn eg o k ie ro w a n ia z a c h o w a n ie m p o p rze b u d zen iu . J e s t to je d n a k n ie ste t y odpow iedź ogólnikow a.
W s z e c h ś w ia t, t. 85, n r 1211984
369
Ryc. 1. M odel dobow ego o sc y lato ra ciągłego n a s tę p stw a snu i czu w an ia u człow ieka. W e w n ątrz tarczy z e g ara dobow ego um ieszczono b ard z o uproszczony g raficzny o b ra z snu. Z aśnięcie —• godz. 23 m in. 5, p rzebudzenie — godz. 6 m in 45. P ozostałe godziny doby w y p ełn ia czuw anie. C e n tru m ta rc z y tego ze
g a ra sym bolizuje p ro p o rc ję d n ia i nocy z początku k w ie tn ia lu b p aź d ziern ik a naszej szerokości geo g ra
ficznej. W skazów ka p o k az u je m o m e n t zasypiania.
T łem tego ry su n k u jest. a) sc h em a t w a h a d ła , którego o k re s w ynosi 24 godz. oraz b) r z u t ko ń ca w sk a zów ki godziinowej n a śred n icę k o ła tarczy . N — sen
N—REM. R —sen REM
S en trw a n ie p rz e rw a n ie ty lk o określony fra g m e n t lu b fra g m e n ty każd ej doby. C h a ra k te ry z u je go n ie ty lk o dobow a n ap rz em ie n n o ść (altern ac ja) sta n ó w czu w an ia i snu, lecz rów n ież sw o ista s tr u k tu r a w e
w n ę trz n a — k aż d y se n je s t p o k aw a łk o w an y ma cy
k le snu. R y tm ik a ty c h cy k li o sta ły m o k re sie ch a ra k te ry s ty c z n y m dla każdego g a tu n k u je s t n azy w an a w ew nątrzdoibow ą 'lub lUltararadialną. J e s t ito ad tem a cja d w u w y ra ź n ie o d m iennych fa z s n u 5 k tó re m ożem y rozpoznaw ać i m o n ito ro w ać n a p o d staw ie objaw ów neurofizjologicznych, za pom ocą te c h n ik i elek tro en - cefalograficznej (EEG). P o leg a ona n a zapisie zbior
czej czynności b io e lek try c zn e j m ózgu za pom ocą p a r elek tro d um ieszczonych u lu d zi n a skórze głow y i połączonych ze w zm acniaczem elek tro n ic zn y m i r e je stra to re m . Z a p isan a w te n sposób k rzy w a to elek- tro en c efalo g ra m . P o ra z p ierw szy w p ro w ad zo n o EEG do d ia g n o sty k i sn u w ro k u 1937, a le dopiero w la ta ch 1957 - 59 została szeroko w y k o rz y sta n a do tych zadań. W ielka i n ieo czek iw an a w a rto ść diagnostycz
n a EEG p o leg a n a zasadniczej ró żn ic y w k ształcie tego zapisu (tzw. m orfologii) m iędzy czu w an iem a snem i ponadto, w czasie śródsem nego zapisu EEG — rów n ież m iędzy faz am i /stad iam i) snu sk ła
d ając y m i się n a cy k l snu. N ato m ia st oczekiw aną zaletą te ch n ik i EEG o k a p ita ln y m znaczeniu dla k o n tro lo w an ia jego przebiegu, za sy p ia n ia i budzenia się — je st je j nieinwazyjiność. R e je stra c ja EEG p r a k tycznie n ie zakłóca p rzebiegu snu ludziom i zw ie
rzęto m zw łaszcza, że obecnie m ożna zapisyw ać EEG telem etry czn ie, z a pom ocą łączy rad io w y c h i n a ta ś m ie m agnetycznej, w sposób całkow icie elim in u jący niew ygodę badanego, bez połączenia kablow ego m ię
dzy śpiącym i a p a ra tu rą r e je s tra c y jn ą . Z ta ś m y w k aż d y m czasie m ożna p rzep isać fra g m e n t lu b całość zapisu w dow olnej fo rm ie g raficzn ej. Jednoczesna z EEG re je s tra c ja ru c h ó w g ałek ocznych (elek tro - o kulografia EOG) oraz czynności bio elek try czn ej w y b ra n y c h m ięśni (elek tro m io g rafia EMG) p o p raw ia p rec y zję szczegółow ej diag n o sty k i snu. K rzy w e do
św iad czaln e re je stro w a n e łącznie: EEG, EOG i EMG i n a je d n ej ta śm ie p a p ie ru n az y w am y som nogra- m em . Z asad y jego odczytyw ania oraz term in o lo g ia in te rp re ta c ji są ujednolicone i pow szechnie obow ią
z u ją od 16 la t w zastosow aniu do człow ieka. M ają o n e form ę u c h w a ły o p ublikow anej p rzez chronolo
gicznie pie rw sz e m iędzynarodow e to w arz y stw o n a u k o w e b ad a ń n a d snem pow stałe w 1961 r., którego naz w a b rzm i (od 1983 r.): S leep R esea rch Society.
S en w szy stk ich zw ie rz ą t — z w y ją tk ie m k o lc za t
k i —• sk ła d a się z d w u | ja k w spom niano, zasadniczo różnych faz, k tó re w y k ry to dopiero w la ta c h 1957 - - 59. N o m e n k la tu ra ic h nlie je s t jeszcze ujed n o lico n a i n ie ste ty trz y ró żn e n a z w y m ogą być u ży w a n e dla k aż d ej z faz. S en zaw sze zaczyna się fa z ą „bez szyb
kich ru ch ó w oczu” (no n rapid eye m o v e m e n t — N-REM). P o niej n a s tę p u je faza „z szybkim i ru ch a m i oczu” — sen REM. T ak ą k o lejność o b se rw u je m y p r a w ie zawsze. O bie fazy sn u łącznie tw o rzą w sp o m n ia n y cykl snu. Około 80% czasu snu w y p ełn ia lu dziom sen N -R E M ] a 20% sen REM. C h a ra k te ry styczną cechą dłużej trw a ją c e g o snu są spontaniczne w a h a n ia jego „tw ard o ści” , czyli głębokości u tr a ty św iadom ości. F azie REM to w arzy szą m a rz en ia se n ne, często p e łn e em ocjonalnego za angażow ania w ich
z a ś n i ę c i e p r z e b u d z e n i e
godz 0 1 2 3 4 5 6 7 8 s nu
(22) (23) (0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) Ryc. 2. U proszczony h ip n o g ram snu dorosłego czło
w ie k a z n an iesio n ą k rz y w ą izmian poziom u h o rm o n u w z ro stu (hGH) w e k rw i. P ró b k i je j p o b ie ra n o co 30 m in. N ajw yższy paziom w y k re su sym b o lizu je czuw anie. P ionow e k re s k i o d p o w iad a ją zaśnięciu i p rzeb u d zen iu oraz .przejściom każdego stad iu m sn u w n astęp n e . P o lew ej stro n ie ry cin y oznaczono p o ziom y o d p ow iadające dw om fazom sn u REM i NREM oraz czterem stad io m sn u NREM. K ażde sta d iu m REM kończy cykl snu p o p rzed zający i rozpoczyna n astęp n y . N a jtw a rd sz y se n — sta d iu m 3 i 4 NREM w y stę p u je p rze w a żn ie w początkow ych d w u cyklach snu, k tó ry m tow arzyszy n ajw ięk sz y w okresie doby w y rz u t do k r w i h o rm o n u w zrostu. S tęż en ie jego p o
d a je sk a la z p ra w e j stro n y ry c in y
370
W s z e c h ś w ia t, t . 85, n r 1211984treść . W te d y n a jła tw ie j dochodzi do śró d sen n e g o p rz e b u d z e n ia , zaw sze z poczuciem p ełn ej rześkości psychicznej. U ja w n ia się w ta k im m om encie b ard z o w ażna, o b ro n n a f u n k c ja w a rto w n ic z a m ózgu, n ag le p rz y w ra c a ją c a s ta n p e łn e j św iadom ości. S p rz y ja ją jej sy tu a c je i bodźce sy g n a liz u ją c e zag ro żen ie, gd y u ło żenie się do sn u dochodzi d o s k u tk u w u św ia d o m ie n iu niebezpieczeństw a.
EEG n ie z a w ie ra d a n y c h p o m iaro w y ch , c h a ra k te ry z u ją c y c h n ie z n a n ą przecież isto tę snu. N ie je s t też k rz y w ą p o m ia ro w ą d la fu n k c ji m ózgu w ogóle, ty l
k o k rz y w ą w y p a d k o w ą o ' c h a ra k te rz e sta ty sty c zn y m . M im o tego że ja k o k o re la t sn u — E EG je s t niczym w ięcej ja k ep ifen o m en em , c z y li d a le k ą p o ch o d n ą isto ty b ad a n e g o z ja w isk a — szczęśliw ie d a je n ie ty l
ko sw o isty fenom enologiczny o b ra z sn u z p re c y z y j
n y m w y ró ż n ie n iem je g o faz. O sta tn io u sta lo n o , że m oże te ż służyć d la o b ie k ty w n ej oceny ja k o śc i snu.
W iadom o, że fa le p ow olne E E G o dużej a m p litu d z ie
£ często tliw o ści 2 - 4 Hz są w p e łn i sk o relo w a n e z głębokością u t r a t y św iadom ości w e śnie. T ę z m ien n ą w czasie p o w o ln ą częstotliw ość i d u żą a m p litu d ę m ożna ła tw o u ją ć liczbow o za pom ocą te c h n ik i k o m p u te ro w e j ja k o „gęstość m ocy” (p o w e r d e n s ity ).
A le x a n d e r B o rb e ly z Z iiric h u z a p ro p o n o w a ł w ro k u 1982 b y p rz y je j u ży c iu oceniać o b ie k ty w n ie głęb o kość, a w ięc ja k o ść sn u w czasie je g o przeb ieg u . M ierzy się w n ie j i su m u je a u to m aty cz n ie pole za
w a r te m ięd zy g ó rn y m i d o ln y m obrzeżem f a l EEG, w y n ik te n w y k re śla ją c g ra fic z n ie i p o d a ją c licz
bowo.
L icźn e o p u b lik o w a n e d o tą d b a d a n ia czynności b io e le k try c z n e j p o jed y n cz y ch n e u ro n ó w w e śnie, w y k o n a n e n a zw ie rzętac h te c h n ik ą m ik ro e le k tro d o w ą ; do
sta rc z y ły w iele b a rd z o cie k a w y c h dan y ch . Częstość w y stę p o w a n ia p o te n c ja łó w iglicow ych w je d n o stc e czasu je s t b ow iem o b ie k ty w n ą m ia rą in te n sy w n o ści fu n k c ji ty c h n e u ro n ó w w ogóle. J e s t ona p ro p o rc jo n a ln a do sta n u p rze b u d z e n ia i lo k a ln eg o te m p a m e ta bolizm u tlenow ego. W b a d a n ia c h śpiącego m ózgu u d ało się je d n o zn a cz n ie w y k az ać , że w zorzec a k ty w ności śre d n ic h i dużych n e u ro n ó w m ie rzo n y często
tliw o ścią p o te n c ja łó w iglicow ych oraz ro z k ła d e m i n te rw a łó w m iędzy n im i ró ż n i się zasadniczo n ie ty lk o w czu w an iu i śnie w ogóle, a le te ż b a rd z o w y ra ź n ie m iędzy fa z ą N -R E M i REM . T a k w ięc w czasie snu stw ierd zo n o zre o rg a n iz o w a n ie w zo rca czasow ego p rze b ieg u fu n k c ji e le m e n ta rn y c h w n e u ro n a c h m óz
gow ych. W fazie N -R E M częstotliw ość p o te n c ja łó w
k ró lik a z za zn aczo n ą u k o śn y m k re sk o w a n ie m okolicą p odw zgórza z sie d m iu p u n k ta m i, gdzie d o św ia d cz al
n ie stw ie rd z o n o lo k a liz a c ję p raw d o p o d o b n y c h r e c e p to ró w d la p e p ty d u m u ra m in o w e g o — „ h o rm o n u sn u ” (wg J. R. P a p p e n h e im e r, J. P h ysio l. (L) 1983. 336 : 1 -1 1 , F ig. 4). C. A. C om issura anterior, N. R. N u
ci eus ru b e r, P. P ons C. M. C orpus m a m m ila re
iglicow ych je s t m n ie jsz a niż w czuw aniu, a ro zk ła d in te rw a łó w w y b itn ie n ie re g u la rn y . W e śnie REM n a to m ia s t częstotliw ość t a je s t w y ją tk o w o du ża i zu p e łn ie n ie sp o d ziew an ie w ięk sza niż w p ełn y m a k ty w ności czuw aniu. D zie je się itak zw łaszcza w fazie REM podczas sa lw szybkich ru c h ó w oczu. P on ad to , w e śnie REM o b se rw u je m y ca łk o w ity b ra k sk o o rd y n o w an y c h ru c h ó w m ięśn i szkieletow ych, choć nie sk o o rd y n o w an e m ogą w y stą p ić. M echanizm leżący u podłoża tego z ja w is k a to b ard z o znaczne (u k o tó w całkow ite) za h am o w a n ie n eu ro n ó w ru ch o w y ch rd z e n ia k ręg o w eg o i n e u ro n ó w ją d e r ruch o w y cłi n erw ó w czaszkow ych z w y ją tk ie m okoruchow ych. N eu ro n y te w e śnie REM u le g a ją d łu g o trw a łe j; odm ózgowej h i- p e rp o la ry z a c ji, k tó ra jesit ró w n o z n ac zn a z ich z a h a m o w an iem . W w y n ik u tego to n u s m ięśniow y n ie zbędny do u trz y m a n ia p o sta w y c ia ła w e śn ie REM w y b itn ie m a leje, lu b n a w e t zanika. D latego w szy st
k ie g a tu n k i ssaków ląd o w y ch (z w y ją tk ie m leniw ca) w e śn ie REM leżą, bo w iem zw iotczenie m ięśn i w y - p ro sto y ch , a n ty g ra w ita c y jn y c h u niem ożliw ia u trz y m a n ie in n ej pozycji ciała. D otyczy to rów nież koni, k tó ry c h sen REM tr w a łącznie w 3 - 6 odcinkach krótko.
K onie n ie n iep o k o jo n e k ła d ą się w te d y zarów no w s ta jn i ja k i n a p astw isk u .
D obow y r y tm o k resó w sn u i czu w an ia s te ru je w y d z ie la n ie m h o rm o n ó w podw zgórza i p rzy sa d k i m ózgow ej ( a w ięc p o śred n io ak ty w n o ścią obw odo
w y c h gruczołów dokrew n y ch . S en w y zw ala w y rz u t h o rm o n ó w p o b u d za ją cy c h syn tezy b ia łe k i RN A : h o r
m o n u w z ro stu i p ro la k ty n y . W ok resie p o k w ita n ia s e n sp rz y ja w y rz u to w i h o rm o n u lu teo tro p o w eg o i t e sto stero n u . N ato m iast, zaśnięcie p rz e ry w a w y d zie la
n ie a d re n o k o rtik o tro p in y i ty re o tro p in y , h orm onów zw iązan y ch z a k ty w n y m zachow aniem i stressem . T a k w ięc se n w ogóle, a u ludzi jego początkow e tr z y cykle trw a ją c e 4 do 5 godzin, k ie d y sen je s t głęboki, g r a ją isto tn ą ro lę w odnow ie tk a n e k i w z ro ście osobników m łodych. W łaśnie te n początkow y o k re s o b e jm u ją c y 65 - 75% ,,czasu sn u je s t n a jw a ż n ie jsz ą biologicznie je g o częścią.
M ech an izm za sy p ia n ia, choć in te n sy w n ie b ad an y , n ie z o sta ł d o tą d d o k ła d n ie p o zn a n y w k ateg o riac h p o ję ć nerofizjologtii. J e s t to proces b ard z o złożony.
K onieczne je s t w y g aśn ięc ie p odnieceń em o cjo n aln y ch ty p o w y ch d la d ziennej ak ty w n o ści życiow ej, zw łasz
cza ty p u lękow ego, agresy w n eg o , lu b m a n iak a ln e g o e n tu zja zm u . D alej, imiusi u p ły n ą ć o d p ow iedni czas, zm ien n y g atu n k o w o i osobniczo, od zakończenia snu p o p rzed zająceg o . P o n a d to u człow ieka zaśnięcie z n a c z n ie ła tw ie j w y stę p u je w n aw y k o w ej d la osobnika p o rz e doby. U w iększości ludzi w y k a z u ją c y c h zw y k łą d zien n ą ak ty w n o ść życiow ą zaśn ięcie m a m iejsce p rz e d północą, a w ów czas p rze b u d zen ie n a s tę p u je po 7 d o 8 godzinach snu. N ato m iast, je że li sy tu a c ja w y m u sz a n a n a s n o cn ą bezsenność, to n ajn iższy poziom c z u w a n ia ; a w ięc „dno” sp raw n o ści precy zy jn eg o d z ia ła n ia ’ d otyczy p o ry p rze d św itu , około godziny 4 n a d ra n e m . J e s t to p o ra szczególnie niebezpieczna d la sa m o tn y c h kiero w có w , a n a w e t m aszy n istó w k o le jo w y ch , k tó ry m p o w aż n ie grozi zaśnięcie.
J a k w sp o m n ian o , obok u za le żn ie n ia od określonej p o ry doby, p o trz e b a sn u w zm aga się i to w za le ż
n o śc i w y k ład n icz ej od u p ły w a ją c e g o czasu czuw ania.
P o u p ły w ie 14 -1 6 godzin p ełn ej ak ty w n o ści p o trz e b a sn u n a r a s ta coraz b a rd z ie j strom o.
W ciągu o sta tn ic h dziesięciu la t u dało sdę ud o -
W s z e c h ś w ia t, t . 85, n r 12/1984
371
w odnić) że w ste ro w a n iu dobow ym ry tm e m snu i cz u w an ia dużą ro lę o d g ry w a ją dw ie d robne s tru k tu r y m ózgu: ją d ro sk rzy żo w an ia (n . suprachiasm ati- cus), m ałe, p a rz y ste sk upisko n e u ro n ó w w p rzed n im podw zgórzu, b ęd ą ce g łów nym n a d a w c ą tego ry tm u u ssaków oraz szyszynka — sp e łn ia ją c a g łów ną rolę ste ru ją c ą fu n k c ją o scy lato ra dobow ego u ptaków , w sp ó łd z iałają c ró w n ież z ją d re m skrzyżow ania u ssa
ków . C zynnikiem z e w n ętrzn y m o d g ry w a ją cy m p o w ażn ą rolę w fu n k cjo n o w a n iu o scy lato ra dobow ego
je s t re c e p c ja św ia tła (fotorecepcja). O dbiorcą tego ta k sta re g o ja k ziem ia sygnału, fo tookresu dobpw ego>
w ażnej sta łe j geofizycznej dla c a łe j b io sfery z w y ją tk ie m s tr e f podbiegunow ych, je s t sia tk ó w k a oka.
F o to recep cja je s t sy n c h ro n iz a to re m ry tm u dobowego.
O dgryw a też b ard z o w aż n ą ro lę w re a liz a c ji k o niecznych p rze su n ięć izegara dobow ego ludzi, k tó re w ym uszone są odbyciem szybkich lotniczych po d ró ży rów noleżnikow ych n a d y sta n sac h m iędzykonty- n en taln y c h . R ozstrzy g ający m dow odem istn ien ia w e- w nątrzm ózgow ego ze g ara dobow ego u ludzi i zw ie
r z ą t je st d łu g o trw a łe u trz y m y w a n ie się w p rz y b li
żeniu 24-godzinnego (ciiroadian) n a s tę p s tw a a k ty w n o ści b e h a w io raln e j i snu u organizm ów całkow icie izolow anych od w szelkich w p ły w ó w zew nętrznych.
B a d an ia n a d ontogenezą w y stę p o w a n ia snu w y k az ały w b ard z o tru d n y c h tech n iczn ie dośw iadcze
niach, że mózg ssaków (owcy, św in k i m orskiej) w y k az u je w szy stk ie o b ja w y sn u ju ż w końcow ej ć w ia rt
ce życia płodow ego. N ow orodki człow ieka — w cześ
n ia k ! śpią aż 18 godzin n a d o b ęj a donoszone n o w orodki około 16 godzin. W n ajw c ze śn ie jsz y m o k re sie życia n o w o ro d k i m a ją p o n a d to przeszło d w u k ro t
n ie w ięcej snu REM niż ludzie dorośli.
M am y pow ażne i m nożące się dow ody b y żywić p rzekonanie, że sen co n a jm n ie j w szystkich ssaków łożyskow ych je st zjaw isk iem w sw ej istocie id e n tycznym i to ta k dalece ja k np. id e n ty cz n e Są bio
chem iczne p ro cesy tra w ie n ia w przew o d zie p o k a r
m ow ym ssaków (u przeżu w aczy od traw ień ca). W y
d a je się w ięc, że w ew n ątrzm ó zg o w e p rocesy zacho
dzące w n eu ro n a ch , a być m oże i w g leju, w ry tm ie dobow ym i w czasie cyklów sn u , chociaż bardzo m a ło jeszcze znane, są w sp ó ln e dla w szy stk ich w y-
COOH
i H C N H,
I
2
CH o CH?I i * C H
2
H C N H y C O O Hi
K w a s m u r a m i n o w y k w a s dw ua m in opim sli now y
B ad an ia n a d snem ro z w ija ją się dynam icznie.
O statn io o p u b lik o w an y m fa k te m noszącym w sobie zapow iedź o d k ry c ia n a u k o w e g o o dużym znaczeniu je st pozn an ie „h o rm o n u sn u ”. W la b o ra to ria c h u n i- w ersy stetó w H a rv a rd a w B ostonie i w C hicago ze
społy b ad aw cze pod k ie ru n k ie m biochem ika P a p p e n - h e im e ra i n eu ro fizjo lo g a K ru e g e ra po 16 la ta c h p rac y w y k ry ły i zid en ty fik o w ały su b stan cję, k tó ra w y d aje się spełniać ro lę h o rm o n u snu. J e s t ona dość trw a ła in v iv o i in v itro i d lateg o m ożna j ą w y e k stra h o w a ć
m ienionych zw ierząt.
H . C - C H - C O O H
L 0
O ti
' H H , N - C - C H,
2 I 3
C\
,HH ' C\ i / C"0H
c
I — oHs C O H
z m ózgu i p ły n u m ózgow o-rdzeniow ego k ilk u g a tu n k ów ssaków po w ym uszonej bezsenności. N ajłatw ie j i n a jta n ie j o trzy m u je się ją je d n a k z m oczu ludzi.
Z 5 to n m oczu u zyskano 30 iig tego horm onu. U do
w odniono identyczność p re p a ra tó w z m ózgu i moczu.
A le p raw d ziw ą re w e la c ją je st jego bu d o w a chem icz
na. J e s t to p ep ty d m u ram in o w y o ciężarze cząstecz
k ow ym 922 daltonów . S k ła d a się on z dw u cz ąste
czek a la n in y i dw u k w a su glutam in o w eg o o raz po je d n e j cząsteczce d o tą d nie znanych w biochem ii zw ie rząt su b stan cji, kw asów : d w uam inopim elinow e- go i m uram inow ego. P ie rw sz y je s t n ie b iałk o w y m dw ukarb o k sy lo w y m 7-w ęglow ym d w u -a lfa -a m in o - w y m am inokw asem , d ru g i — e te re m glukozam iny i k w asu m lekow ego. Z n an e są one d o tą d w yłącznie ja k o s k ła d n ik i' kom órek w ielu b a k te rii. S k ąd w ięc znalazły się w m ózgu ssaków ? O czywiście p ep ty d m u ram in o w y p o ja w ia się ta m w ilościach zniko
m ych. Po p o d an iu k ró lik o m do p ły n u m ózgow o-rdze
n iow ego 10 pikom oli (!) tego h o rm o n u ilość sn u N - -REM p o d w aja się w ciąg u k ilk u godzin. O dpow ied
n ia daw ka d la kota w yn o si 100 pikom oli. O statn ie b a d a n ia j jeszcze nie o p ublikow ane w całości, w y k a zały istnienie rec ep to ró w m ózgow ych p ep ty d u m u r a m inow ego w obrębie podw zgórza. M ożem y p rzy p u sz
czać, że k w a sy d w uam inopim elinow y i m uram in o w y m ogą w niew ielk ich ilościach zostać w chłonięte z p rzew odu pokarm ow ego. T am w y tw a rz a ją je , z a pew ne dla w łasnych p o trzeb , b a k te rie je lita g ru b e go. A le m ogą te k w asy dostać się do je lit rów nież z pożyw ieniem , zw łaszcza z p ro d u k ta m i p rzem ysłu fe rm e n ta c y jn e g o , ja k s e ry d o jrze w ają ce i kiszonki.
N ie ulega w ątpliw ości, że h o rm o n m u ram in o w y je st ty lk o je d n y m z w ielu czynników w p ły w ają cy c h na jakość i ilość snu. W ydaje się, że je s t ty lk o „ n a rz ę dziem ” w sp o m a g ają cy m neurofizjologiczne m e c h a n i
zm y m ózgow e za sy p ia n ia i . u trz y m y w a n ia ciągłości snu. W ykazano, że p odw ojenie ilości sn u N -R EM p o ja w ia się z opóźnieniem około dw u godzin p o po
d an iu p e p ty d u ’ m uram in o w eg o i dotyczy k ilk u go
dzin n astępnych. A le po m in im aln y ch daw k ach d aje e fe k t b ardzo znaczny, a p o n ad to działa n iezw ykle sw oiście ja k o p ep ty d endogenny i w y c h w y ty w an y p rzez m ało jeszcze zn an e rec ep to ry . D latego m oże być u z n a n y za b ardzo w aż n y czynnik: a) re g u la c ji fizjologicznej ilości) b) p o ry dobow ej w y stą p ie n ia snu oraz c) fazow ej p ro p o rc ji dw u ro d za jó w snu N -R EM i REM w jego cyklicznej sekw encji.
T a k w ięc p raw id ło w y przebieg snu, sta n u o ele
m en tarn y m - znaczeniu d la fu n k c ji m ózgu, w y p e łn ia jącego trz e c ią część życia ludzi, o k az u je się być za
leżny od „ub o czn ej” p ro d u k c ji b a k te rii jelito w y ch ^ albo rów nież n ie k tó ry ch p ro d u k tó w spożyw czych za
w iera jąc y ch sk ła d n ik i k o m ó rek b a k te rii. A Więc m ożna p rzy ją ć, że zaró w n o k w as d w u am in o p im e li
n o w y ja k i m u ra m in o w y są czym ś w ro d z a ju w ita m in, bo są su b sta n c ja m i egzogennym i, a n iezb ę d n y m i dla p raw idłow ego fu n k cjo n o w a n ia u s tro ju . W r e zu ltac ie n a jb a rd z ie j sko m p lik o w an y i n a jw s p a n ia l
szy tw ó r p rz y ro d y w ogóle ja k im je s t m ózg; a z a te m jego fu n k c je in te le k tu a ln e , k tó re m ogą się u ja w n ia ć w p e łn y m b la sk u ty lk o po conocnym d obrym w yspaniu, uzależnione są od b a k te rii jelito w y ch . K tóż m ógł coś ta k ieg o przypuszczać? P o n a d to zależność ta je s t n ie w ą tp liw ie ew olucyjnie, b ardzo sta ra .
P o d su m u jm y . S en to e le m e n ta rn a p o trze b a m ózgu zw ie rząt stałocieplnych. J e j re a liz a c ja je s t doskonale
372
W s z e c h ś w ia t, t . 85, n r 12/1984za bezpieczana łączn ie — słab o jeszcze p o zn an y m i m e ch a n izm am i n eu ro fizjo lo g ic zn y m i i o d k ry ty m w ła ś
n ie m e ch a n izm em n e u ro h o rm o n a ln y m . S en m oże być odroczony, a le ty lk o n a czas ograniczony. P o w y m uszonej bezsenności sen je s t dłuższy i „ tw a rd sz y ”, to znaczy z g łębszą u tr a t ą św iadom ości. S en to szczególny „p o d a te k ” p ła c o n y m aturze bezczynnością i zagrożeniem w y n ik a ją c y m z u tr a t y św iadom ości — za szczytow ą w p rzy ro d zie sp raw n o ść p rz e tw a rz a n ia in fo rm a c ji z je j se lek c ją, co je s t w y n ik ie m d z ia ła n ia cech p rze k a z a n y c h g en e ty c z n ie i n a b y ty c h j a k o dośw iadczenie życiow ej za m ożność n ajw y ższeg o te m p a tk a n k o w e j ak ty w n o śc i ja k a zachodzi w m óz
gu, i u z w ie rz ą t sta ło c iep ln y c h je s t n ie za leż n a od w a ru n k ó w te rm icz n y ch otoczenia. N iestety , ta k w s p a n ia ły n a rz ą d n ie m oże p ra c o w a ć p re c y z y jn ie i sk u teczn ie k ie ro w a ć za ch o w a n iem p rzez c a łe życie bez p rze rw y . A te p rz e rw y z a jm u ją ludziom aż 1/3 k a ż dej d o b y życia. U w ażn ie Siebie o b se rw u ją c n ie tr u d
n o stw ie rd z ić , że sen o d tw a rz a zdolność do przeży w a n ia em ocji, k tó ra ja k o podłoże m o ty w a cji je s t k lu czow ym w a ru n k ie m skuteczn eg o d ziałan ia, w ty m u cz en ia się i z a p am ięty w a n ia. W licznych dośw iad
czeniach w y k o n an y c h n a z w ie rzętac h i ludziach w y k az an o , że w e śnie u tr w a la ją się te ż u zy sk an e w p o p rz e d z a ją c y c h sen godzinach ślad y pam ięciow e.
P rzyszłość n a u k p rzyrodniczych, w ty m rów n ież b a d a ń n a d snem , tr u d n o sobie w yobrazić bez ow oc
n e j w sp ó łp rac y in te rd y sc y p lin a rn e j. W ty m św ietle szczególnie u za sa d n io n e je s t istn ie n ie i żyw a d zia
ła ln o ść ta k ic h to w a rz y stw nauk o w y ch , ja k in te g ru ją c e p rz y ro d n ik ó w w szy stk ich specjaln o ści P olskie T o w arzy stw o P rz y ro d n ik ó w im . K op ern ik a.
P r o f. d r h a b . J u lu s z N a r ę b s k i j e s t p r o fe s o r e m Z a k ła d u F i z j o lo g ii Z w ie r z ą t w I n s t y t u c ie B io lo g ii U n iw e r s y te tu M ik o ła ja K o p e r n ik a w T o r u n iu .
M A R EK K O R B A S, JO A N N A BONDYRA (Poznań)
ZAŚLAZ WŁÓKNISTY — ZAPOMNIANA ROŚLINA WŁÓKNODAJNA
Z aślaz w łó k n isty A b u tilo n a vice n n a e G a e rtn . je s t ro ślin ą ro cz n ą, je d n ą ze 120 g a tu n k ó w w ty m r o d zaju. P o d w zg lęd em sy ste m a ty c z n y m n a le ż y do r z ę d u w iązk o w có w (C olum niferae) i ro d z in y ślazow a- ty c h (M alvaceae).
N azw a ła c iń sk a zaślazu , za k tó re g o ojczyznę u w a ża się p ó łnocne C hiny, gdzie u p ra w ia n y b y ł ju ż w staro ży tn o ści, zw ią z a n a je s t z n az w isk ie m A b u A li Ib n S in aj zn an eg o w E u ro p ie ja k o A w icenna. B ył on le k a rz e m w ład c ó w a ra b sk o p e rsk ic h , z a jm u ją c się rów nocześnie p rzy ro d o zn a w stw em , filozofią i poezją.
L e k a rz ów ty sią c la t te m u sto so w a ł w leczen iu n a siona za śla zu o k re śla ją c ro ślin ę , z k tó re j one p o chodziły n az w ą A b u tilo n . Z te g o w ła śn ie w zg lęd u zo stał o pisany pod n az w ą b o ta n icz n ą A b u tilo n a vi- cennae. S zym on S y re n iu sz p ro fe so r A k ad e m ii K r a k o w sk ie j, w ro k u 1613 w dziele pt. Z ie ln ik p o d ał opis zaślazu w ję z y k u polskim .
P o lsk a n a z w a zaślazu w ią ż e się p raw d o p o d o b n ie z pozycją (tego g a tu n k u w u k ła d z ie sy stem a ty cz n y m : ro ślin ę op isy w an o za ślazem . N a to m ia st n a z w a g a tu n k o w a — izaślaz w łó k n isty — w sk a z u je n a w aż n ą cechę te j ro ślin y , ja k ą je s t obecność w łó k ie n w ło dydze. T ę cechę p o d k re ś la ją ró w n ież n a z w y zaślazu w łó k n isteg o w in n y c h ję zy k a ch , np. w ję z y k u n ie m ie ck im znaleźć go m ożna pod n az w ą „ C h in a ju te ” i „ T ie n s in -J u te ” , w a n g ie lsk im — „A m e rica n J u t e ” i „ In d ia n m alo w ”.
W ce lu lepszego z a zn a jo m ien ia cz y teln ik ó w z z a - ślazem w łó k n isty m , k tó ry p ró b o w a n o w p ro w a d zić do u p ra w y ta k ż e w P olsce, p rz e d sta w ia m y je g o opis b o ta n icz n y i m ożliw ości w y k o rz y sta n ia ro ślin y n a sk a lę przem y sło w ą.
K w ia ty A . avicennae, p o jed y n czo osadzone w k ą ta c h liści głów nego p ędu n a d ługich cien k ic h szy- p u łk a ch , s k ła d a ją się z p ięciu żółtych p ła tk ó w k o ro n y k w iato w e j o raz licznych p ręc ik ó w o te j sam ej
b a rw ie . S łu p e k izbudow any je s t z w ielu ow ocolist- ków . O w ocem zaślazu je s t w ielo n asien n a to reb k a . P ie rw sz e to re b k i n asien n e d o jrz e w a ją po 20—30 d n ia c h od k w itn ie n ia . W je d n e j to re b c e z n a jd u je się od 30 do 100 n asio n n erk o w a te g o k sz ta łtu i fioleto-
Ryc. 1. Z aślaz w łó k n isty
I. R A D IO T E L E SK O P T O R U Ń SK I o śred n ic y 15 m. F ot. J. M aaurek
II. APARATURAODBIORCZAradioteleskoputoruńskiego, skonstruowanadoobserwacjikwaearów w systemieYŁBI.Fot,J.Mazurek
W s z e c h ś w ia t, t. 85, n r 1211984
373
Hyc. 3. D o jrze w a jąc e ro ślin y zaślazu. Fot. F. F rą c k o w iak
Ryc. 2. 5 - 6-tyigodnaiowy zaślaz w chodzi w fazę in te n syw nego w zro stu . F ot. F. F rą ck o w ia k
w oczerw anej lu b g ra n a to w e j b arw ie . D o jrzałe to re b k i n a sie n n e p ę k a ją , a n asio n a w y sy p u ją się. L i
ście zaślazu są duże, sereow ate, bogato u nerw ione, z falisty m brzegiem . O sadzone są n a długich ogonkach liściow ych. D ługość łodyg A . a vicennae w ynosi od 2,5 m do 5 m (ryc. 1). R ośliny u p ra w ia n e k rze w ią się słab o i n ie osiągają w ym ien io n ej w ysokości. S y
ste m k orzeniow y je s t silnie rozbudow any. K orzeń palow y sięga do 1 m w g łą b gleby, co c h ro n i zaślaz przed sk u tk a m i b ra k u w ody i su b sta n c ji p o k a rm o w ych.
S zy p u łk i k w iato w e , to re b k i nasienne, brzu szn a stro n a n e rk o w a ty c h nasion, se rc o w a te liście oraz la n c e to w a te przylistkii 1' łodyga p o k ry te są w ło sk a
mi. W łoski te ch ro n ią ro ślin ę przed n ie k o rz y stn y m i w a ru n k a m i klim aty czn y m i, a być może ta k że prz?d chorobam i grzybow ym i.
A . avicennae je s t g a tu n k ie m o w ysokich w y m a
g an iach cieplnych. Jeg o n a sio n a k ie łk u ją p rz y te m p e ra tu rz e 8 - 10°C. O kres w eg e ta c ji trw a od 100 do 130 dni. In te n sy w n y w zro st ro ślin y rozpoczyna się od m o m en tu za w iąz y w an ia p ąk ó w kw iato w y ch 1 dziennie w ynosi 5 - 7 cm (ryc. 2). Z łodyg o śre d n iej grubości i długości u zy sk ać m ożna n ajw ięc ej w łókna. W iązki w łó k ie n zauw ażyć m ożna w śró d k o m ó rek p are n ch y m y po w y k o n a n iu p rz e k ro ju p o przecznego łodygi zaślazu. W y stę p u ją one w fo rm ie pierścieni, a ic h liczba izależna je s t od w ysokości ro ślin y i g rubości łodygi. Z w y k le o b serw u je się od 2 do 6 w iązek.
Ł odyga A . avicennae za w ie ra d w a ro d zaje w łó k n a : p ie rw o tn e i w tó rn e . W łókno p ie rw o tn e tw orzy się z itkanki tw órczej stożka w zro stu , n a to m ia st w łó kn o w tó rn e ro zw ija się z m iazg i i w y k az u je lepsze, w łaściw ości uży tk o w e niż p ie rw o tn e . P om im o tak ich cech ko rzy stn y ch , ja k w ysoka zaw arto ść w łó k n a w ło dydze (ok. 16%) i tłu szczu w n asio n ac h (18 - 20%), za
ślaz n ie w p isa ł się w k ra jo b ra z pól polskich.
A by z pow odzeniem u p ra w ia ć tę ro ślin ę trze b a spełnić szereg w a ru n k ó w . N asiona zaślazu w ysiew ać m ożna do gleby d o stateczn ie n a g rz a n e j i w okresie, k ie d y miie m a o b aw y w y stą p ie n ia przy m ro zk ó w w io
sennych. R o ślin a w y m ag a g leby zasobnej w p ró c h n i
cę, z u reg u lo w a n y m i sto su n k am i w odnym i. N ie znosi niedostaitku wody, zw łaszcza w p oczątkow ym o k re sie w egetacji, k ie d y je j sy stem korzeniow y je s t je sz
cze słabo rozw in ięty ; w y m ag a poziom u w ód g r u n tow ych, k tó r y przez ca ły okres w eg e ta c ji n ie może być pły tszy niż 1 m. W ia tr n a ra ż a ro ślin y n a ła m a nie długich łodyg, k tó re z kolei o p anow yw ane są przez g rzy b y saprofityczne, głów nie z ro d za ju Bo- try tis, zw iększając s tra ty plonu w łó k n a. N asiona d o jrze w ają nieró w n o m iern ie, d o jrza łe w y sy p u ją się z to reb e k n asien n y c h zm n iejsza jąc plon n asion (ryc. 3).
Jakość w łó k n a szybko spada, g d y nie p rz e p ro w adzi się szybkiego i sp raw n eg o isprzętu, co n ie z a w sze je s t m ożliw e z p rzyczyn atm osferycznych i technicznych.
Ju liu s W iesner w obszernym o p rac o w a n iu pt. Die R o h sto ffe des P jla n zen reich es (1927 r.) w śró d w ielu g atu n k ó w z ro d z a ju A b u tilo n w y m ie n ia zaślaz w łó k n isty ja k o roślinę, k tó r a m oże p rzem ysłow i d o s ta r
czać surow ca do p ro d u k c ji lin i p ap ieru .
W Polsce u p ra w ia n o izaślaz pięć w ieków tem u, a m iejscem jego u p ra w y b y ł Ś ląsk. P onow nie z a in te re so w an o się tą ro ślin ą w la ta c h m iędzyw ojennych.
P ra c e badaw cze dotyczyły m ożliw ości w y k o rz y sta n ia w łó k n a n a sk a lę, p rzem ysłow ą, je d n a k w y b u ch w o j
n y p rz e rw a ł bad an ia. P o w o jn ie k o n ty n u o w an o p r a ce i w la ta c h pięćdziesiątych w yhodow ano odm ianę Z aślaz P u ła w sk i, k tó ry d o jrze w ał w w a ru n k a c h k li
m a tu Polski. Jednocześnie b ad a n o m ożliw ości p rz e ro b u zaślazu. P om im o n ie zb y t zach ęcający ch r e z u l
tató w , gdyż uzy sk iw an e w łókno b y ło m ało podziel- ńe, kru ch e, o słabej w y trzym ałości, p rzy stą p io n o do p rze ro b u zaślazu n a sk a lę przem ysłow ą. W y k o rzy sty w an o w łókno do w yro b u chodników . W tra k c ie pró b okazało się, że było ono lepsze w tego ro d za ju p ro d u k cji od w łó k n a konopnego. Może być ta k ż e śro d k ie m zastępczym dla w łó k ie n z im p o rtu : ju ty i w łó k n a kokosow ego, a w p rz y p a d k u n isk ich plonów k o nopi może w zbogacać k ra jo w ą bazę surow cow ą. P o m im o że zaślaz p rze g ra ł k o n k u re n c ję z ln e m i k o nopiam i, pozostaje p o te n c ja ln ie ro ślin ą , k tó ra m oże być z pow odzeniem w y k o rz y sta n a do p ro d u k c ji lin,
